一种回转冲击复合型钻进装置的制作方法

本实用新型涉及岩层钻进设备技术领域，具体涉及一种回转冲击复合型钻进装置。

背景技术：

在岩层钻掘施工中，仅靠回转钻机的钻进效果有限，尤其是遇到复杂岩层时，需辅助进行冲击钻进，即采取回转钻进和冲击钻进交替作业，以完成复杂岩层的钻掘作业，现有技术中的钻头已经可以实现回转钻进和冲击钻进的复合作业，极大程度地方便了复杂岩层的钻进工作，例如授权公告号为cn103277044b的中国实用新型专利文件提供了一种sdl桩工掘进方法及专用于实施该方法的桩工钻机，该钻机包括机架，机架上沿上下方向导向移动的装配有动力头，动力头传动连接有工作钻杆，工作钻杆的下端安装有钻头，钻头的上方还设置有用于向钻头施加振动冲击力的机械式冲击器，机械式冲击器由驱动机构控制的拉绳进行竖向方向的提升，来进行冲击蓄力，进行钻进时，钻头一边受动力头的驱动作用旋切钻进，一边受冲击器的冲击作用冲击钻进，提高了钻头在冲切钻进过程中的钻进力，方便了钻掘作业的进行。

但是上述装置仍存在一定问题：驱动钻头钻进的回转部和冲击部分别由不同的驱动机构进行控制，这种双动力源组合存在结构原理复杂，制造、维护和使用成本较高，同时，在实际作业时，需要分别启动两个动力源才能实现钻头的冲切钻进功能，一定程度上降低了作业效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种回转冲击复合型钻进装置，用以解决现有技术中存在的钻头由双动力源组合控制导致结构原理复杂，制造、维护和使用成本高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的回转冲击复合型钻进装置采用如下技术方案：

一种回转冲击复合型钻进装置，包括主框架，主框架内具有上下延伸的空心轴和对称布置在空心轴两侧的驱动机构，空心轴的下端套装有钻头，空心轴的径向外侧通过键套套装有大齿轮，两个驱动机构的下方均连接有减速机，两个减速机的输出端均具有小齿轮，两个小齿轮对称布置在大齿轮的两侧且与大齿轮传动连接，驱动机构启动时，通过齿轮传动带动空心轴转动，进而实现钻头的回转钻进；

所述空心轴的上部导向设置有冲击器，所述冲击器包括水平布置的导向盘和设置在导向盘中部并向下延伸穿过空心轴的锤芯，锤芯的下端具有锤头，所述导向盘上位于锤芯的外侧设置有向下延伸的导向架，导向架的下端具有导向件，导向件与所述空心轴的外侧面或者内侧面或者上端面导向配合，所述空心轴的外侧面或者内侧面或者上端面在周向上布置有多处由下向上倾斜延伸的斜导轨，每个斜导轨的顶端通过断崖式竖向延伸的直导轨连通相邻斜导轨的底端，以使空心轴带动钻头回转钻进的同时，带动导向件上行至斜导轨的顶端并带动锤芯上行，导向件从直导轨自由下落，锤芯下行通过锤头冲击钻头；

所述斜导轨和直导轨的行程满足锤芯下行至底端时锤头能够接触并冲击钻头的需求。

本实用新型所提供的回转冲击复合型钻进装置的有益效果是：进行岩层钻进作业尤其是复杂岩层的钻进作业时，启动驱动机构，通过减速机上小齿轮与大齿轮的传动配合带动空心轴的循环转动，空心轴的下端带动钻头转动实现回转钻进，同时，空心轴上部导向配合的导向件在空心轴的带动下，沿斜导轨上行至顶端并通过导向盘带动锤芯上行到较高的位置，而后，导向件沿断崖式的直导轨下行至相邻斜导轨的底端，处于较高位置的锤芯自由下落，锤芯下端的锤头对钻头完成一次冲击，在空心轴循环转动过程中，钻头不断实现钻进，锤芯在循环往复的上行下落过程中不断的冲击钻头，相比于现有技术，本实用新型所提供的钻进装置，仅通过控制空心轴转动的一处动力源便实现了钻头的回转钻进和冲击钻进的复合作业，能耗较低，整个装置中的机构原理简单，制造、维护和使用成本低，同时由于仅需启动一处动力源，一定程度上也提高了作业效率。

进一步地，所述导向件与所述空心轴的外侧面导向配合。导向件与锤芯分别位于空心轴的外侧和内侧，相距较远，避免了二者在上下移动的过程中出现干涉。

进一步地，所述导向架的数量为两个，两个导向架布置在导向盘的边缘，且相对于锤芯对称，所述导向架下端的导向件为导向轮。两处导向架的设置使得导向盘的上行下落运动更加稳定，而采用导向轮的优点在于，导向轮移动更加流畅稳定，减小了导向件被卡在斜导轨和直导轨中的风险。

进一步地，所述导向盘与所述主框架的顶壁之间设置有蓄能装置。导向盘上行下落的过程中压缩蓄能装置进行蓄能，导向盘带动锤芯下落的过程中，除了锤芯的重力外还有蓄能装置所提供的反作用力，锤芯对钻头提供的冲击作用力更大，钻头的冲击钻进效果更好。

进一步地，所述蓄能装置为机械弹簧或者气弹簧，所述机械弹簧或者气弹簧的数量为两个，两个机械弹簧或者气弹簧布置在导向盘的边缘，且相对于锤芯对称。

进一步地，所述导向盘的外侧边缘与主框架的侧壁接触，所述导向盘的边缘和主框架侧壁上设置有配合的止转结构，或者只有主框架侧壁上设置有止转结构，以避免导向盘在上下移动的过程中出现转动。

进一步地，所述止转结构包括设置在导向盘的边缘上的凸块以及设置在主框架侧壁上对应的凹槽，所述凹槽沿上下方向延伸。凸块和凹槽具有配合牢固的优点。

进一步地，所述驱动机构为电机或液压马达。液压马达的体积小，重量轻。

进一步地，所述小齿轮与大齿轮之间通过啮合实现传动连接。啮合传动的传动比恒定、平稳性较高、传递运动准确可靠。

附图说明

图1是本实用新型回转冲击复合型钻进装置的结构示意图一（导向架处于斜导轨的中间位置）；

图2是本实用新型回转冲击复合型钻进装置的结构示意图二（导向架处于斜导轨的底部）；

图3是本实用新型回转冲击复合型钻进装置的结构示意图三（导向架处于斜导轨的顶部）；

图4是图3的内部结构示意图；

图5是导向架与空心轴的上端面导向配合的结构示意图。

图中标号：1、主框架；2、空心轴；3、液压马达；4、钻头；5、大齿轮；6、减速机；7、小齿轮；8、导向盘；9、锤芯；10、锤头；11、导向架；12、导向轮；13、斜导轨；14、直导轨；15、机械弹簧；16、螺钉。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

本实用新型所提供的一种回转冲击复合型钻进装置的具体实施例：

一种回转冲击复合型钻进装置，如图1至图4所示，该装置包括主框架1，主框架1内中部设置有上下延伸的空心轴2，空心轴2的下端套装有钻头4，空心轴2的径向外侧通过键套套装有大齿轮5，回转冲击复合型钻进装置还包括对称布置在空心轴2两侧的作为驱动机构的液压马达3，两个液压马达3的下方均连接有减速机6，两个减速机6的输出端均具有小齿轮7，两个小齿轮7对称布置在大齿轮5的两侧且与大齿轮5传动连接，具体的，如图1和图3所示，小齿轮7和大齿轮5之间通过啮合实现传动连接，啮合传动的传动比恒定、平稳性较高、传递运动准确可靠，在其他实施例中，小齿轮和大齿轮之间也可以是通过齿轮带传动，液压马达3启动时，通过齿轮传动带动空心轴2转动，空心轴2带动钻头4转动，实现回转钻进。

在本实施例中，由液压马达3来作为驱动机构，液压马达3的体积小、重量轻，在其他实施例中，也可以是其他种类的马达或者是电机来作为驱动机构。

如图1至图3所示，空心轴2的上部导向设置有冲击器，具体的，冲击器包括水平布置的导向盘8和设置在导向盘8中部并向下延伸的锤芯9，锤芯9穿过空心轴2，锤芯9的下端具有锤头10，导向盘8上设置有上下延伸的导向架11，导向架11的数量为两个，两个导向架11布置在导向盘8的边缘，且相对于锤芯9对称，导向架11的下端具有导向轮12，导向轮12作为导向件用于与空心轴2的外侧面导向配合。

如图1至图3所示，空心轴2的外侧面沿周向布置有多处由下向上倾斜延伸的斜导轨13，每个斜导轨13的顶端通过断崖式竖向延伸的直导轨14连通相邻斜导轨13的底端，空心轴2带动钻头4回转钻进的同时，带动导向轮12上行至斜导轨13的顶端，上行的导向轮12带动锤芯9上行至较高位置，到达斜导轨13顶端后，导向轮12从直导轨14自由下落，锤芯9下行通过下端的锤头10对钻头4完成一次冲击，斜导轨13和直导轨14的行程满足锤芯9下行至底端时锤头10能够接触并冲击钻头4的需求，为了避免锤芯9在下行的过程中出现左右偏摆，在本实施例中，锤头10的侧面与空心轴2的内侧壁接触，这样锤头10对钻头4的冲击效果更好，在空心轴2循环转动过程中，钻头4不断实现钻进，锤芯9在循环往复的上行下落过程中不断的冲击钻头4，实现冲击钻进。

在本实施例中，导向轮12与空心轴2的外侧面导向配合，这样，导向轮12与锤芯9分别位于空心轴2的外侧和内侧，相距较远，避免了二者在上下移动的过程中出现干涉，在其他实施例中，导向轮12也可以是与空心轴2的内侧面导向配合，当然也可以是如图5所示的那样，导向轮12与空心轴2的上端面导向配合。

在本实施例中，导向架11的数量为两个，两个导向架11布置在导向盘8的边缘，且相对于锤芯9对称，导向架11下端的导向件为导向轮12，两处导向架11的设置使得导向盘8的上行下落运动更加稳定，而采用导向轮12的优点在于，导向轮12移动更加流畅稳定，减小了导向件被卡在斜导轨13和直导轨14中的风险，在其他实施例中，导向架的数量也可以是三个或者根据实际需要进行调整；导向件也可以不是导向轮，而是导向块。

如图1至图4所示，导向盘8的外侧边缘与主框架1的侧壁接触，主框架1侧壁上设置有止转结构，具体的，止转结构为螺钉16，螺钉16具有结构简单设置方便的优点，止转结构用于避免导向盘8在上下移动的过程中出现转动，在其他实施例中，也可以在导向盘8的边缘和主框架1侧壁上设置配合的止转结构，具体的，可以在导向盘8的边缘设置凸块，主框架1的侧壁上设置与凸块导向配合的上下延伸的条形凹槽，同样可以阻止导向盘8转动的效果，其中凸块的个数可以根据实际需要设置。

如图1至图4所示，导向盘8与主框架1的顶壁之间还设置有蓄能装置，导向盘8上行下落的过程中压缩蓄能装置进行蓄能，导向盘8带动锤芯9下落的过程中，除了锤芯9的重力外还有蓄能装置所提供的反作用力，锤芯9对钻头4提供的冲击作用力更大，钻头4的冲击钻进效果更好，具体的，蓄能装置为机械弹簧15，机械弹簧15的数量为两个，两个机械弹簧15布置在导向盘8的边缘，且相对于锤芯9对称，机械弹簧15设置方便，成本较低，在其他实施例中，机械弹簧的数量也可以根据实际需要进行调整，当然，在其他实施例中，蓄能装置也可以是气弹簧。

本实用新型回转冲击复合型钻进装置的工作原理是：进行岩层钻进作业尤其是复杂岩层的钻进作业时，启动液压马达3，通过减速机6上小齿轮7与大齿轮5的传动配合带动空心轴2的循环转动，空心轴2的下端带动钻头4转动实现回转钻进，同时，空心轴2上部导向配合的导向轮12在空心轴2的带动下，沿斜导轨13上行至顶端并通过导向盘8带动锤芯9上行到较高的位置，导向盘8上行的同时压缩两处机械弹簧15，机械弹簧15储存弹性作用力，止转结构对导向盘8在周向上限位，避免导向盘8转动，而后，导向轮12沿断崖式的直导轨14下行至相邻斜导轨13的底端，处于较高位置的锤芯9在机械弹簧15的反作用力和自身重力的共同作用下加速下落，锤芯9下端的锤头10对钻头4完成一次冲击，在空心轴2循环转动过程中，钻头4不断实现钻进，锤芯9在循环往复的上行下落过程中不断的冲击钻头4，相比于现有技术，本实用新型所提供的钻进装置，仅通过控制空心轴2转动的一处动力源便实现了钻头4的回转钻进和冲击钻进的复合作业，能耗较低，整个装置中的机构原理简单，制造、维护和使用成本低，同时由于仅需启动一处动力源，一定程度上也提高了作业效率。